2.2. Deprem Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 1

Transkript

1 2.2. Deprem Yerkabuğundaki önemli süreksizlikler olan faylar boyunca biriken elastik deformasyon enerjisinin fayın sürtünen yüzeyini oluşturan kayaçların dayanım sınırını aşması ile faylar üzerinde kırılma meydana gelir. Birikmiş bu elastik deformasyon enerjisinin boşalarak kabuk içinde elastik (veya sismik) dalgalar halinde yayılması ve yer sarsıntısı oluşturması olayına deprem adı verilir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 1

2 Faylar Depremler faylar boyunca oluşurlar. Fay, iki yer bloğunu birbirinden ayıran bir bir zayıflık zonudur. Tektonik kuvvetler bu blokların birbirine göre hareket etmesine yol açar. Bu hareket yani yer değiştirme bir fayı çatlaktan ayıran bir özelliktir. Üç temel fay türü vardır. Normal fay Ters (reverse) fay Doğrultu atımlı (strike-slip) fay Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 2

3 Merak ediyorsunuzdur, işte size fay Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 3

4 Çatlak Normal fay Normal fay M.UTKUCU-SAÜ Jeofizik Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 4

5 M.UTKUCU-SAÜ Jeofizik Fay bloklarının hareketi sonucu farklı türde kayaçlar karşı karşıya gelmiş Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 5

6 M.UTKUCU-SAÜ Jeofizik Bilecik, Şeyh Edebali türbesi yanından geçen fay Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 6

7 Bir depremi tanımlayan parametreler İster deprem, ister patlama olsun bir depremi tanımlayan parametreler şunlardır: Dış merkez(epicenter): Deprem kırılmasının yer altında başladığı noktaya odak (hypocenter) adı verilir. Odağın yeryüzüne olan izdüşümü de dış merkez adını alır ve enlem ve boylam ile tanımlanır. Odak derinliği(hypocenter depth): Yeryüzeyinden deprem odağına olan derinliktir. Odak derinliği km cinsinden belirtilir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 7

8 Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 8

9 Depremin veya patlamanın oluş zamanı (origin time): Uluslararası saate göre (Greenwich ana zamanı) depremin oluş zamanıdır. Depremin büyüklüğü (magnitüdü). Depremin açığa çıkardığı enerjinin bir ölçüsüdür Depremleri kayıt edilmesi: Sismograflar Bir deprem sonucu oluşan yer hareketini sürekli olarak kayıt eden düzeneğe sismograf adı verilir. Sismografın yaptığı sürekli kayıda da sismogram adı verilir. Bir simograf 3 ana kısımdan oluşur; Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 9

10 Sismometre: Yerde oluşan harekete tepki gösteren ve esası bir sarkaç olan cihazdır. Normal olarak bir sismometre yerdeki hareketin herhangi bir bileşenini ölçer. Bu nedenle yerdeki hareketin tam olarak tanımlanabilmesi için hereketin KG, DB ve düşey bileşenlerinin ölçülmesi gerekir. Sismometre yer hareketinin ivme, hız veya yer değiştirmesini ölçebilir. Sinyal koşullandırma birimi: Sismometrenin çıkışına uygulanan ve sinyali büyülterek ve süzgeçleyerek temiz hale getiren cihazdır. Kayıt sistemi: Sinyal koşullandırma biriminin çıkışına uygulanır. Kayıt analog olarak bir kağıda, bir filme ya da günümüzde olduğu gibi sayısal olarak sabit bilgisayar diskine veya diskete yapılabilir. Kayıt sisteminin önemli bir parçası zaman birimidir. Güvenilir zama ölçmeleri için kayıt üzerine güvenilir doğrulukta işaretlenmiş zaman işaretlerine ihtiyaç vardır Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 10

11 Deprem dalgaları Deprem dalgalarının başlıca iki türü vardır. Cisim dalgaları Yerküre nin iç kısmında yayılabilen dalgalardır. İki türü vardır; P dalgaları(boyuna dalgalar): Bir deprem sonrasında sismograf istasyonunda ilk kayıt edilen dalgalardır. Tanecik hareketi dalganın yayılma doğrultusundadır. P dalgası tarafından etkilenen bir tanecik denge durumunu yitirerek dalganın yayılma doğrultusunda ileri geri titreşim yapar Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 11

12 S dalgaları (enine dalgalar): Bir deprem sonrasında sismograf istasyonunda ikinci olarak kayıt edilirler. Tanecik hareketi dalganın yayılma doğrultusuna dik olan bir düzlem içerisindedir. Yatay (SH) ve düşey (SV) bileşenleri vardır Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 12

13 Yüzey dalgaları Yer in serbest veya yüzeye yaykın tabakaları boyunca yayılan dalgalardır. Başlıca türleri; Love (L) dalgaları: Yer in serbest yüzeyi boyunca yayılırlar. Tanecik hareketi SH dalgalarında olduğu gibidir Düşey ve yayılma doğrultusunda yatay bileşeni yoktur. Hızları S dalgalarından küçük Rayleigh dalgalarından büyüktür. Sadece yatay bileşen sismograflarda kaydedilirler Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 13

14 Rayleigh (R) dalgaları: Tanecik hareketi büyük ekseni düşey olan bir elips çizer. Elipsin küçük ekseninin büyük eksene oranı 1/3 dür. Elips düzlemi yayılma doğrultusundaki düşey bir düzlem üzerinde bulunur. Genlikleri derinlikle üstel olarak azalır. Hareketin hem düşey ve hem de yayılma doğrultusunda yatay bileşeni vardır. P > S > L > R Genel olarak, sismogramlarda hakim olan yüzey dalgaları Love ve Rayleigh dalgalarıdır Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 14

15 Rayleigh dalgası Rayleigh dalgalarında tanecik hareketi büyük ekseni düşey olan bir elips çizer. Tanecik hareketi şekilde görüldüğü gibi saat yönünün tersi yöndedir ve genliği derinlikle üstel olarak azalır. Love dalgalarında ise tanecik hareketi SH dalgalarındaki gibidir ve yine genliği derinlikle hızla azalır Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 15

16 Nemrut volkanı yakınında meydana gelmiş depreminin (mb=4.8) Malazgirt teki yakın alan ivme kaydı (Kuzey-Güney bileşenidir). Kayıttaki P ve S dalgası hakimiyetine dikkat ediniz Düzce depreminin (MW=7.1) =73.77o dış merkez uzaklığındaki SUR sismograf istasyonundaki Kuzey-Güney bileşeni hız kaydı. Kayıtta yüzey dalgalarının hakimiyetine dikkat ediniz Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 16

17 tp to= 1.73(tS tp) Di=( tp to) VP t P = P dalgası varış zamanı t o = Orijin zamanı t S = S dalgası varış zamanı D i =Odak-istasyon uzaklığıdır. Odak derinliği; h 2 = D i2 - Δ i 2 Δ i = Dış merkez-istasyon uzaklığıdır P ve S dalgası varışlarının ve en büyük dalga genliğinin belirlenmesi Dış merkez ve odak belirlemesinde kullanılan geometri. Şekil de verilen geometriden odak derinliği; h2= Di2 - Δi2 formülü ile bulunur. Burada; Δi = Dış merkez-istasyon uzaklığıdır Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 17

19 Deprem dış merkezinin 3 istasyon yardımıylabelirlenmesi Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 19

20 Depemlerde büyüklük, şiddet ve enerji Büyüklük (magnitüd) Magnitüd bir depremi (veya patlamayı) büyüklüğünü belirleyen bir ölçü olup farklı istasyonlarda farklı kayıtlar veya dalga gruplarından elde edilen değerlerin bir hata limiti içinde birbirinin aynı olması gerekir. Magnitüdün önemi depremleri boşalan enerji miktarlarına göre sınıflandırma olanağı sağlamasıdı. Genel olarak tüm magnitüd ölçekleri bağıntısı ile verilir. Burada: M= log (A/T)+f(, h) + Cs+ Cr A magnitüd ölçeğinin temel alındığı dalga fazının mikron cinsinden genliğini, T ölçümün yapıldığı dalganın peryodunu, f dış merkez uzaklığı ve odak derinliğinin etkisini içeren bir düzeltme, Cs istasyonun yeri (yerel zemin koşullarından kaynaklanan büyültme) için uygulanan bir düzeltme ve Cr kaynak bölgesi için uygulanan bir düzeltmedir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 20

21 Logaritmik ölçek kullanılmasının nedeni sismik dalga genliklerinin büyük ölçekte değişmesinden ileri gelmektedir. Örnek olarak magnitüdde bir birimlik artma yer hareketinin genliğinde 10 katlık bir artışa karşılık gelmektedir. Genel olarak 4 çeşit magnitüd ölçeği günümüzde kullanılmaktadır. Bunlar: 1. Yerel (local) magnitüd (ML) 2. Cisim dalgası (body wave) magnitüdü (mb) 3. Yüzey dalgası (surface wave) magnitüdü (Ms) ve 4. Süre magnitüdü (MD) 5. Moment magnitüdü (Mw) dır. Magnitüd ölçeklerinin doğası gereği aynı deprem farklı magnitüd türleri için farklı değerlere sahip olabilir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 21

23 How big can an earthquake be? In oceanic lithosphere earthquakes occur as deep as about 40 km, in the continents they are rarely below 20 km. But suppose we had a great circle fault and a seismogenic zone down to 50 km. What would the momentmagnitude be? Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 23

25 Now suppose that the seismogenic zone included the whole earth (including the core!) and that we had an earthquake large enough to fault the entire Earth on a fault plane that divided the Earth into two? What would its momentmagnitude be? Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 25

27 Şiddet Şiddet bir kaynak parametresi olmamasına rağmen depremlerin bir kaynak parametresi olan büyüklük (magnitüdle) doğrudan ilişkilidir. Depremlerde büyüklük ile şiddet farklı kavramlardır. Yukarıda da değinildiği gibi büyüklük aletsel kayıtlardan saptanan bir ölçüdür. Buna karşılık şiddet depremin çevredeki etkilerinin (makrosismik etkilerinin) bir ölçüsüdür. Her depremin belli bir büyüklüğü vardır. Buna karşılık şiddet gözlem noktasına veya gözlem yapan kişiye göre değişir. Şiddet dış merkez yakınında en büyük değere sahiptir ve dış merkezden uzaklaştıkça azalır. Bu azalma her yönde aynı değildir. Bu yüzden eşşiddet eğrileri düzgün bir görünüme sahip değildir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 27

28 Genel olarak ilk kullanılan şiddet ölçeği 10 derecelik Rossi-Forel şiddet ölçeğidir. Daha sonraları daha gelişmiş 12 derecelik Mercalli kullanılmaya başlanmıştır. Bu ölçek daha sonra ABD yapı özelliklerine göre geliştirilerek Modified Mercalli Intensity (MMI) şiddet ölçeği geliştirilmiştir. Örnek olarak, bir deprem bir yerde herkesçe hissedilmiş, insanlar dışarı çıkmış, ağır mobilyalar kımıldamış, bir kaç sıva dökülme ve baca hasarı yaşanmışsa hasar hafif olarak nitelendirilir ve MMI ölçeğine göre şiddet derecesi VI dır. Toptan bir yıkım ve hasar varsa, deprem dalgaları denizde olduğu gibi yerde görülüyorsa, cisimler havaya fırlıyor ve görüş çizgisi ve seviyesi değişiyorsa MMI ölçeğine göre şiddet derecesi XII dir. Bir depreme ait şiddet değerlerinin ve eşşiddet eğrilerinin saptanması için ya deprem bölgelerine özel ekipler gönderilir veya deprem bölgesindeki halka özel anket formları gönderilir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 28 Kump et al (2000)

29 Örnek olarak, bir deprem bir yerde herkesçe hissedilmiş, insanlar dışarı çıkmış, ağır mobilyalar kımıldamış, bir kaç sıva dökülme ve baca hasarı yaşanmışsa hasar hafif olarak nitelendirilir ve MMI ölçeğine göre şiddet derecesi VI dır. Toptan bir yıkımve hasar varsa, deprem dalgaları denizde olduğu gibi yerde görülüyorsa, cisimler havaya fırlıyor ve görüş çizgisi ve seviyesi değişiyorsa MMI ölçeğine göre şiddet derecesi XII dir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 29

30 Depremlerde enerji Magnitüdün en büyük önemi depremleri boşalan enerji miktarlarına göre sınıflandırılmasına olanak sağlamasıdır. Depremlerde boşalan enerji ile mb ve MS arasında aşağıdaki bağıntılar vardır. Log E = mb Log E = Ms Depremlerden açığa çıkan enerji oldukça büyüktür. Örneğin MS=6.8 büyüklüğündeki bir depremden açığa çıkan enerji 10^22 erg dir. Enerji ile yüzey dalgası arasında verilen yukarıdaki bağıntı depremlerin devasa boyut aralıkları hakkında fikir vermektedir. Örnek olarak MS=7.0 büyüklüğündeki bir depremden açığa çıkan enerji MS=6.0 büyüklüğündeki bir depremden açığa çıkandan 32 kat daha fazladır. Depremlerin magnitüdleri ile enerji boşalımları ve moment serbestlenmeleri arasındaki ilişki hakkında Şekil 6.16 da bir karşılaştırma yapılmıştır Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 30

32 Deprem istatistiği: Depremlerde magnitüd-frekans ilişkisi Depremlerin sayısı ile magnitüdleri arasındaki ilişkiyi belirleyen Gutenberg-Richter bağıntısı bağıntı deprem istatistiğinin temel bağıntısıdır. Bu nedenle depremsellik çalışmalarında önemli bir yer tutar. Bu bağıntı: Log N(M)=a-bM şeklindedir ve depremlerin oluş sayısının deprem magnitüdü arttıkça hızlı bir şekilde azaldığını ifade eder (Şekil 6.19). Burada: N belli bir magnitüdden büyük deprem sayısı, M magnitüd ve a ve b se sabitlerdir. a sabiti deprem faaliyetinin düzeyi ile ilişkilidir ve incelenen bölgenin genişliğine ve gözlem düzeyine bağlıdır. b sabiti kabuktaki gerilme ile ters orantılı olup deprem oluşumun fiziği ile ilişkilidir Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 32

33 yılları arasında USGS NEIC katalogunda kayıtlı tüm MS 5.0 depremler için magnitüd frekans ilişkisi. b değeri yaklaşık 1 dir (Stein and Wysession, 2003 ) Dr. Murat UTKUCU, SAÜ-Jeofizik 33

34 Gelecek ders görüşmek üzere TEŞEKKÜRLER Dr. Murat UTKUCU